RU2775456C1

RU2775456C1 - Device for converting rectilinear reciprocating motion into alternate

Info

Publication number: RU2775456C1
Application number: RU2021124762A
Authority: RU
Inventors: Иван Владимирович Мамаев; Юрий Тембулатович Янусов
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2022-07-01

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering. The device for converting rectilinear reciprocating motion into alternate motion contains a housing made in the form of a cup, in the inner cavity of which a piston is installed, kinematically connected to the output shaft equipped with grooves on the outer surface. A fixed sleeve is installed in the inner cavity of the housing, equipped with screw grooves on the inner surface, and on the outer surface with a protrusion and covering the output shaft, and a compression spring resting with one end on the piston and the other on the protrusion of the fixed sleeve. The kinematic connection of the piston and the output shaft is made in the form of a pusher mounted in the piston with the possibility of rotation and equipped at the free end with rollers interacting with the grooves of the output shaft. The grooves of the output shaft have a helical shape. The pusher is kinematically connected to the fixed sleeve by means of rollers and screw grooves of the sleeve. A through hole is made in the wall of the housing in the area of the cavity formed by the base of the housing and the piston.

EFFECT: increase in the angle of rotation of the output shaft of the device is provided without increasing the length of the rectilinear stroke of the piston.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения в возвратно-вращательное движение и может быть использовано во многих отраслях машиностроения, в том числе для дистанционного управления запорной арматурой.The invention relates to devices for converting rectilinear reciprocating motion into reciprocating motion and can be used in many branches of engineering, including for remote control of valves.

В настоящее время управление регулирующими органами зачастую осуществляется вручную. В ряде производств ручное управление органами регулирования не допускается. Поэтому возникла необходимость создания устройства преобразования движения, обеспечивающего дистанционное управление запорной арматурой, например, запорным клапаном.Regulators are now often managed manually. In a number of industries, manual control of the regulatory bodies is not allowed. Therefore, it became necessary to create a movement conversion device that provides remote control of shut-off valves, for example, a shut-off valve.

Известен механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот [авторское свидетельство СССР №1753112, МПК⁵ F16H 25/08, приор. 13.11.1989 г., опубл. 07.08.1992 г.], содержащий корпус, во внутренней полости которого установлен цилиндрический ползун (поршень), кинематически связанный с валом.A known mechanism for converting rotational motion into reciprocating and vice versa [USSR author's certificate No. 1753112, IPC ⁵ F16H 25/08, prior. November 13, 1989, publ. 08/07/1992], containing a housing, in the inner cavity of which a cylindrical slider (piston) is installed, kinematically connected to the shaft.

Ползун оснащен замкнутой канавкой на цилиндрической поверхности. На корпусе установлены седла со сферической рабочей поверхностью, в которых размещены шарики для взаимодействия с канавкой, имеющей дугообразный профиль, соответствующий образующей шарика. При вращении вала, оснащенного шлицами, ползун также вращается и совершает возвратно-поступательные движения благодаря его возможности осевого перемещения по шлицам вала и возможности качания кулачковой канавки по шарикам.The slider is equipped with a closed groove on the cylindrical surface. Saddles with a spherical working surface are installed on the body, in which balls are placed to interact with a groove having an arcuate profile corresponding to the generatrix of the ball. When a splined shaft rotates, the slider also rotates and performs reciprocating movements due to its ability to move axially along the splines of the shaft and the ability to swing the cam groove over the balls.

К недостаткам механизма можно отнести ограниченный угол поворота вала (в пределах одного оборота), не позволяющий использовать его для дистанционного управления запорной арматурой, что существенно ограничивает область применения.The disadvantages of the mechanism include a limited angle of rotation of the shaft (within one revolution), which does not allow using it for remote control of valves, which significantly limits the scope.

Известен механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и вращательного движения в возвратно-поступательное (варианты) [патент РФ №2115851, МПК⁶ F16H 25/12, приор. 23.05.1995 г., опубл. 20.07.1998 г.], содержащий корпус, во внутренней полости которого размещен толкатель (поршень), кинематически связанный с цилиндрическим кулачком (выходной вал), оснащенный на внешней поверхности пазами.A known mechanism for converting reciprocating motion into rotational and rotational motion into reciprocating (options) [RF patent No. 2115851, IPC ⁶ F16H 25/12, prior. May 23, 1995, publ. 07/20/1998], containing a housing, in the inner cavity of which there is a pusher (piston), kinematically connected with a cylindrical cam (output shaft), equipped with grooves on the outer surface.

Пазы выполнены криволинейными заданной конфигурации. Кинематическая связь толкателя и кулачка выполнена в виде конических или иной формы роликов, соответствующих форме пазов и принадлежащие расположенному соосно с кулачком толкателю, имеющему возможность возвратно-поступательного движения относительно корпуса при перемещении роликов по пазам кулачка.The grooves are made curvilinear of a given configuration. The kinematic connection of the pusher and the cam is made in the form of conical or other shaped rollers corresponding to the shape of the grooves and belonging to the pusher located coaxially with the cam, which has the ability to reciprocate relative to the body when the rollers move along the cam grooves.

К недостаткам известного механизма можно отнести ограниченный угол поворота кулачка (в пределах одного оборота) и отсутствие возможности фиксированной остановки толкателя в конечных точках движения на заданный период времени, что ограничивает область его применения.The disadvantages of the known mechanism include a limited angle of rotation of the cam (within one revolution) and the lack of the possibility of a fixed stop of the pusher at the end points of the movement for a given period of time, which limits its scope.

Известно устройство преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот [а.с. СССР №1618950, МПК5 F16H 25/08, приор. 30.03.1988 г., опубл. 07.01.1991 г.], содержащее цилиндр (корпус), во внутренней полости которого установлен поршень, кинематически связанный с выходным валом, оснащенным на внешней поверхности пазами.A device for converting reciprocating motion into rotational and vice versa [and.with. USSR No. 1618950, MPK5 F16H 25/08, prior. March 30, 1988, publ. 01/07/1991], containing a cylinder (housing), in the inner cavity of which a piston is installed, kinematically connected to the output shaft, equipped with grooves on the outer surface.

На внутренней цилиндрической поверхности поршня выполнены расположенные диаметрально противоположно два продольных паза. На внутренней поверхности корпуса и внешней цилиндрической поверхности поршня выполнены замкнутые синусоидальные пазы. Кинематическая связь корпуса с поршнем выполнена в виде установленного между корпусом и поршнем кольца с двумя расположенными диаметрально противоположно радиальными отверстиями и двух шариков, установленных в соответствующих отверстиях кольца и в соответствующих синусоидальных пазах корпуса и поршня. Кинематическая связь вала с поршнем выполнена в виде стакана с двумя продольными пазами, расположенными на его внешней цилиндрической поверхности соответственно продольным пазам поршня, установленного соосно с валом и жестко соединенного с ним, и шариков, установленных в соответствующих пазах стакана и поршня.Two diametrically opposed longitudinal grooves are made on the inner cylindrical surface of the piston. Closed sinusoidal grooves are made on the inner surface of the housing and the outer cylindrical surface of the piston. The kinematic connection of the body with the piston is made in the form of a ring installed between the body and the piston with two diametrically opposite radial holes and two balls installed in the corresponding holes of the ring and in the corresponding sinusoidal grooves of the body and piston. The kinematic connection of the shaft with the piston is made in the form of a cup with two longitudinal grooves located on its outer cylindrical surface corresponding to the longitudinal grooves of the piston installed coaxially with the shaft and rigidly connected to it, and balls installed in the corresponding grooves of the cup and piston.

Достоинством данного устройства является возможность обеспечения различного характера движения вала в зависимости от формы пазов.The advantage of this device is the possibility of providing a different nature of the movement of the shaft, depending on the shape of the grooves.

Недостатком известного устройства является ограниченный угол поворота вала (в пределах одного оборота) и отсутствие возможности фиксированной остановки вала в конечных точках движения на заданный период времени, что существенно ограничивает область применения.The disadvantage of the known device is the limited angle of rotation of the shaft (within one revolution) and the lack of the possibility of a fixed stop of the shaft at the end points of the movement for a given period of time, which significantly limits the scope.

Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению.This device is taken as a prototype, as the closest in technical essence to the claimed invention.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемое изобретение, заключается в увеличении угла поворота выходного вала устройства без увеличения длины прямолинейного хода поршня.The technical result to be achieved by the claimed invention is to increase the angle of rotation of the output shaft of the device without increasing the length of the rectilinear stroke of the piston.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство преобразования прямолинейного возвратно-поступательного в возвратно-вращательное движение содержит корпус, выполненный в виде стакана, во внутренней полости которого установлен поршень, кинематически связанный с выходным валом, оснащенным на внешней поверхности пазами, согласно изобретению во внутренней полости корпуса установлены неподвижная втулка, оснащенная на внутренней поверхности винтовыми пазами, а на внешней поверхности выступом, и охватывающая выходной вал, и пружина сжатия, упирающаяся одним концом в поршень, а другим в выступ неподвижной втулки, кинематическая связь поршня и выходного вала выполнена в виде толкателя, установленного в поршне с возможностью вращения и оснащенного на свободном конце роликами, взаимодействующими с пазами выходного вала, причем пазы выходного вала имеют винтовую форму, кроме того толкатель кинематически связан с неподвижной втулкой посредством роликов и винтовых пазов втулки, а в стенке корпуса выполнено сквозное отверстие в области полости, образованной основанием корпуса и поршнем.The specified technical result is achieved in that the device for converting rectilinear reciprocating to reciprocating motion contains a body made in the form of a glass, in the inner cavity of which a piston is installed, kinematically connected to the output shaft, equipped on the outer surface with grooves, according to the invention in the inner cavity housing, a fixed bushing is installed, equipped on the inner surface with screw grooves, and on the outer surface with a protrusion, and enclosing the output shaft, and a compression spring resting with one end against the piston and with the other end against the protrusion of the fixed sleeve, the kinematic connection of the piston and the output shaft is made in the form of a pusher mounted in the piston for rotation and equipped at the free end with rollers interacting with the grooves of the output shaft, and the grooves of the output shaft have a helical shape, in addition, the pusher is kinematically connected to the fixed bushing by means of rollers and helical grooves of the bushing, and in st On the side of the housing, a through hole is made in the area of the cavity formed by the base of the housing and the piston.

Кроме того, с целью обеспечения дополнительного поворота выходного вала, винтовые пазы неподвижной втулки и выходного вала выполнены с разными углами наклона и в противоположные стороны.In addition, in order to provide additional rotation of the output shaft, the screw grooves of the fixed bushing and the output shaft are made with different angles of inclination and in opposite directions.

Кроме того, с целью снижения ударных воздействий на поршень в крайних положениях движения, поршень и выходной вал оснащены демпферами, расположенными по оси устройства между основанием корпуса и поршнем и между валом и толкателем соответственно.In addition, in order to reduce shock effects on the piston in the extreme positions of movement, the piston and the output shaft are equipped with dampers located along the axis of the device between the base of the housing and the piston and between the shaft and the pusher, respectively.

Таким образом, выполнение кинематической связи поршня с выходным валом в виде толкателя, установленного в поршне с возможностью вращения и оснащенного на свободном конце роликами, взаимодействующими с винтовыми пазами выходного вала и неподвижной втулки, позволяет увеличить угол поворота выходного вала устройства на величину более 360° без увеличения длины прямолинейного хода поршня, за счет чего расширяется область его применения.Thus, the implementation of the kinematic connection of the piston with the output shaft in the form of a pusher installed in the piston with the possibility of rotation and equipped with rollers at the free end interacting with the screw grooves of the output shaft and the fixed bushing, allows you to increase the angle of rotation of the output shaft of the device by more than 360 ° without increasing the length of the rectilinear stroke of the piston, thereby expanding the scope of its application.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed invention of features that distinguish it from the prototype, allows us to consider it as corresponding to the condition of "novelty".

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, на этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features, which are contained in the distinctive part of the claims, are not identified in technical solutions of a similar purpose, on this basis, we can conclude that the claimed invention complies with the "inventive step" condition.

Изобретение иллюстрируется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства преобразования движения в исходном положении;in fig. 1 shows a longitudinal section of the motion converting device in the initial position;

на фиг. 2 - продольный разрез устройства преобразования движения в сработанном состоянии;in fig. 2 is a longitudinal section of the motion conversion device in the actuated state;

на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1;in fig. 3 - section A-A in Fig. one;

на фиг. 4 - развертка по винтовым пазам на неподвижной втулке;in fig. 4 - reamer along the screw grooves on the fixed bushing;

на фиг. 5 - развертка по винтовым пазам на выходном валу.in fig. 5 - reamer along the screw grooves on the output shaft.

Устройство преобразования прямолинейного возвратно-поступательного в возвратно-вращательное движение (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, выполненный в виде стакана, во внутренней полости которого расположены поршень 2, толкатель 3, неподвижная втулка 4, выходной вал 5 и пружина сжатия 6. В стенке корпуса 1 выполнены сквозное отверстие 7 у основания корпуса 1 и сквозные отверстия 8 в центре корпуса.The device for converting rectilinear reciprocating into reciprocating motion (Figs. 1 and 2) contains a body 1 made in the form of a glass, in the inner cavity of which there are a piston 2, a pusher 3, a fixed sleeve 4, an output shaft 5 and a compression spring 6. In the wall of the housing 1, a through hole 7 is made at the base of the housing 1 and through holes 8 in the center of the housing.

Поршень 2, оснащенный манжетой, образует с основанием и стенкой корпуса 1 полость 9, сообщенную через отверстие 7 в стенке корпуса 1 с системой высокого давления воздуха (не показано). Поршень 2 со стороны полости 9 оснащен демпфером 10, а с другой стороны в поршне 2 выполнено центральное глухое отверстие 11, внутри которого в стенке поршня 2 равномерно распределены и зафиксированы три оси с роликами 12.The piston 2, equipped with a cuff, forms a cavity 9 with the base and the wall of the housing 1, which communicates through the hole 7 in the wall of the housing 1 with a high-pressure air system (not shown). The piston 2 is equipped with a damper 10 from the side of the cavity 9, and on the other side, a central blind hole 11 is made in the piston 2, inside which three axles with rollers 12 are evenly distributed and fixed in the wall of the piston 2.

Толкатель 3, выполненный в виде полого цилиндра, в основании которого выполнено радиальный паз 13, установлен в отверстии поршня 2 с возможностью вращения на роликах 12, расположенных в пазу 13 толкателя 3. В стенке у свободного края толкателя 3 выполнены сквозные отверстия для установки двух осей с парой роликов 14 на каждой. За счет роликов 14 толкатель 3 кинематически связан с неподвижной втулкой 4 и выходным валом 5.The pusher 3, made in the form of a hollow cylinder, at the base of which a radial groove 13 is made, is installed in the hole of the piston 2 with the possibility of rotation on the rollers 12 located in the groove 13 of the pusher 3. Through holes are made in the wall at the free edge of the pusher 3 for installing two axles with a pair of rollers 14 on each. Due to the rollers 14, the pusher 3 is kinematically connected to the fixed bushing 4 and the output shaft 5.

Неподвижная втулка 4 установлена в корпусе 1 со стороны свободного края и оснащена выступом, плотно прилегающим к его стенке. На внутренней поверхности втулки 4 выполнены два сквозных диаметрально противоположных винтовых паза (фиг. 4). Пазы втулки 4 выполнены прямоугольной формы с углом наклона α₂=33,5°. Во внутренней полости неподвижной втулки 4 установлены подшипники 15.The fixed sleeve 4 is installed in the body 1 from the side of the free edge and is equipped with a protrusion that fits snugly against its wall. On the inner surface of the sleeve 4, two through diametrically opposite helical grooves are made (Fig. 4). The grooves of the sleeve 4 are rectangular in shape with an inclination angle α ₂ =33.5°. Bearings 15 are installed in the inner cavity of the fixed sleeve 4.

Выходной вал 5 установлен во внутренней полости неподвижной втулки 4 с возможностью вращения на подшипниках 15. Один конец вала 5 выходит за пределы корпуса 1, а на другом конце зафиксирован демпфер 16. На цилиндрической поверхности вала 5 выполнены два глухих диаметрально противоположных винтовых паза (фиг. 5). Пазы вала 5 выполнены прямоугольной формы с углом наклона α₁=44,5° в противоположную сторону относительно пазов втулки 4.The output shaft 5 is installed in the internal cavity of the fixed sleeve 4 with the possibility of rotation on bearings 15. One end of the shaft 5 extends beyond the housing 1, and a damper 16 is fixed at the other end. On the cylindrical surface of the shaft 5, two blind diametrically opposite screw grooves are made (Fig. 5). The grooves of the shaft 5 are rectangular in shape with an angle of inclination α ₁ =44.5° in the opposite direction relative to the grooves of the sleeve 4.

Кинематическая связь толкателя 3 с неподвижной втулкой 4 и выходным валом 5 осуществляется за счет взаимодействия роликов 14 толкателя 3 с неподвижной втулкой 4 и выходным валом 5 в области винтовых пазов (фиг. 3).The kinematic connection of the pusher 3 with the fixed sleeve 4 and the output shaft 5 is carried out due to the interaction of the rollers 14 of the pusher 3 with the fixed sleeve 4 and the output shaft 5 in the area of the helical grooves (Fig. 3).

Пружина 6 охватывает неподвижную втулку 4 и упирается одним концом в выступ втулки 4, а вторым в торец поршня 2.The spring 6 covers the fixed sleeve 4 and rests with one end against the protrusion of the sleeve 4, and with the other end against the end face of the piston 2.

Работает устройство следующим образомThe device works as follows

Устройство фиксируют с помощью вала 5 на объекте управления (не показано), к отверстию 7 корпуса 1 подключают систему высокого давления воздуха (не показано), что приводит к герметизации полости 9. Через отверстие 7 в стенке корпуса 1 в него подают сжатый воздух, наполняющий герметичную полость 9, за счет чего поршень 2 поступательно перемещается до упора в демпфер 16. При движении поршня 2 воздух из внутренней полости корпуса 1 под поршнем 2 выходит через отверстия 8 в стенке корпуса 1. Одновременно толкатель 3, перемещаясь поступательно вместе с поршнем 2, поворачивается на роликах 12 за счет перемещения роликов 14 по пазам неподвижной втулки 4 на угол α₂ (фиг. 4). Поворачиваясь, толкатель 3 роликами 14 передает поворот на угол α₂ выходному валу 5, и одновременно, за счет взаимодействия роликов 14 с пазами выходного вала 5, дополнительно поворачивает выходной вал 5 на угол α₁ (фиг. 5). Таким образом, полный поворот выходного вала 5, при полной длине прямолинейного хода поршня 2, составляет угол α=α₁+α₂. Вращаясь, выходной вал 5 поворачивает объект управления. По завершению работы через отверстие 7 в стенке корпуса 1 перестают подавать сжатый воздух, при этом давление воздуха в полости 9 снижается до атмосферного. Поршень 2 за счет пружины 6 перемещается в верхнее положение до упора демпфера 10 в основание корпуса 1. Толкатель 3, перемещаясь за поршнем 2, поворачивается на угол α₂ в обратную сторону за счет взаимодействия роликов 14 с винтовыми пазами неподвижной втулки 4. Поворачиваясь, толкатель 3 одновременно поворачивает выходной вал 5 на угол а в обратную сторону. Поворот выходного вал 5 возвращает объект управления в исходное положение.The device is fixed with a shaft 5 on the control object (not shown), a high air pressure system (not shown) is connected to the hole 7 of the housing 1, which leads to sealing of the cavity 9. Through the hole 7 in the wall of the housing 1, compressed air is supplied to it, filling sealed cavity 9, due to which the piston 2 moves forward until it stops in the damper 16. When the piston 2 moves, the air from the internal cavity of the housing 1 under the piston 2 exits through the holes 8 in the wall of the housing 1. At the same time, the pusher 3, moving translationally together with the piston 2, rotates on the rollers 12 due to the movement of the rollers 14 along the grooves of the fixed sleeve 4 at an angle α ₂ (Fig. 4). Turning, the pusher 3 with rollers 14 transmits the rotation through the angle α ₂ to the output shaft 5, and at the same time, due to the interaction of the rollers 14 with the grooves of the output shaft 5, additionally rotates the output shaft 5 through the angle α ₁ (Fig. 5). Thus, the full rotation of the output shaft 5, with the full length of the rectilinear stroke of the piston 2, is the angle α=α ₁ +α ₂ . Rotating, the output shaft 5 turns the control object. Upon completion of work through the hole 7 in the wall of the housing 1 cease to supply compressed air, while the air pressure in the cavity 9 is reduced to atmospheric pressure. The piston 2 due to the spring 6 moves to the upper position until the damper 10 stops against the base of the housing 1. The pusher 3, moving behind the piston 2, rotates through an angle α ₂ in the opposite direction due to the interaction of the rollers 14 with the screw grooves of the fixed sleeve 4. Turning, the pusher 3 simultaneously rotates the output shaft 5 at an angle a in the opposite direction. Turning the output shaft 5 returns the control object to its original position.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information testifies to the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:

• средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для устройств преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения в возвратно-вращательное движение и может быть использовано во многих отраслях машиностроения, в том числе для дистанционного управления запорной арматурой;• a tool that embodies the claimed invention in its implementation, is intended for devices for converting rectilinear reciprocating motion into reciprocating motion and can be used in many branches of engineering, including for remote control of valves;

• для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;• for the claimed device in the form as it is described in the independent claim, the possibility of its implementation is confirmed;

• средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить увеличение угла поворота выходного вала устройства без увеличения длины прямолинейного хода поршня.• means embodying the claimed invention in the implementation, is able to provide an increase in the angle of rotation of the output shaft of the device without increasing the length of the rectilinear stroke of the piston.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «Промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition "Industrial applicability".

Claims

1. A device for converting rectilinear reciprocating into reciprocating motion, containing a housing made in the form of a glass, in the inner cavity of which a piston is installed, kinematically connected to the output shaft, equipped with grooves on the outer surface, characterized in that in the inner cavity of the housing are installed a fixed bushing equipped with screw grooves on the inner surface and a protrusion on the outer surface and enclosing the output shaft, and a compression spring resting with one end against the piston and with the other end against the protrusion of the fixed bushing, the kinematic connection between the piston and the output shaft is made in the form of a pusher installed in a piston with the possibility of rotation and equipped at the free end with rollers interacting with the grooves of the output shaft, and the grooves of the output shaft have a helical shape, in addition, the pusher is kinematically connected to the fixed bushing by means of rollers and helical grooves of the bushing, and a through hole is made in the housing wall in the region part of the cavity formed by the base of the housing and the piston.

2. The device according to claim. 1, characterized in that the screw grooves of the fixed sleeve and the output shaft are made with different angles of inclination and in opposite directions.

3. The device according to claim 1, characterized in that the piston and the output shaft are equipped with dampers located along the axis of the device between the base of the housing and the piston and between the shaft and the pusher, respectively.